微弱光信号前置放大电路设计
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ２００７．８Ｖｏｌ．９Ｎｏ．８Ａｕｇ．２００７
第９卷第８期
２００７年８月
０引言
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生
的一门新兴检测技术［１］
。它主要利用电子技术对
光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控
制、计算和显示
［２］
。光电检测技术从原理上讲可
以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的
［３］
。然后采用电
子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。
１光电检测电路的基本构成
光电探测器所接收到的信号一般都非常微
弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。其光电检测模块的组成框
图如图１所示。
２
光电二极管的工作模式与等效模型
２．１
光电二极管的工作模式
光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工
作和反偏置工作，图２所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流（叫做暗电流或无照电流）。而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计
［４］
。
一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明
微弱光信号前置放大电路设计
李远明１，陈文涛２
（１．新疆八一钢铁股份有限公司，新疆乌鲁木齐８３００２２；
２．新疆轻工职业技术学院，新疆
乌鲁木齐
８３００２１）
摘
要：从光电检测电路设计方案入手，分析了其中的光电转换二极管、前置运算放大器、
滤波电路的选取原则，给出了一个光电转换系统的设计模型。研究结果表明：采用该设计方案可以有效展宽频带并提高信噪比。
收稿日期：２００７－０６－０１
图１光电检测电路模块结构框图
（ａ）光伏模式
（ｂ）光导模式
图２
光电二极管的工作模式
设计参考
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２００７．８ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔ＆ＤｅｖｉｃｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
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Ａｕｇ．２００７第９卷第８期
２００７年８月
图５二阶带通滤波器的幅频特性
显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微
弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任
务，所以，设计时采用光伏模式。
２．２光电二极管的等效电路模型
工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型
如图３所示，它包含一个被辐射光激发的电流源、
一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电
阻。图中，ＩＬ为二极管的漏电流；ＩＳＣ为二极管的
电流；ＲＰＤ为寄生电阻；ＣＰＤ为光电二极管的寄生
电容；ｅＰＤ为噪声源；ＲＳ为串联电阻。
由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没
有压降，故为零偏置。在这种方式中，影响电路
性能的关键寄生元件为ＣＰＤ和ＲＰＤ，它们将影响光
检测电路的频率稳定性和噪声性能。ＣＰＤ是由光电
二极管的Ｐ型和Ｎ型材料间的耗尽层宽度产生的。
耗尽层越窄，结电容的值越大。相反，较宽的耗
尽层（如ＰＩＮ光电二极管）会表现出较宽的频谱响
应。硅二极管结电容的数值范围大约在２０或２５
ｐＦ到几千ｐＦ以上。而光电二极管的寄生电阻ＲＰＤ
（也称作“分流”电阻或“暗”电阻），则与光电
二极管的偏置有关。
与光伏电压方式相反，光导方式中的光电二
极管则有一个反向偏置电压加至光传感元件的两
端。当此电压加至光检测器件时，耗尽层的宽度
会增加，从而大幅度地减小寄生电容ＣＰＤ的值。寄
生电容值的减小有利于高速工作，然而，线性度
和失调误差尚未最优化。这个问题的折衷设计将
增加二极管的漏电流ＩＬ和线性误差。
３电路设计
３．１主放大器设计
众多需要检测的微弱光信号通常都是通过各
种传感器来进行非电量的转换，从而使检测对象
转变为电量（电流或电压）。由于所测对象本身为
微弱量，同时受各种不同传感器灵敏度的限制，
因而所得到的电量自然是小信号，一般不能直接
用于采样处理。本设计中的光电二极管前置放大
电路主要起到电流转电压的作用，但后续电路一
般为Ａ／Ｄ转换电路，所需电压幅值一般为２Ｖ。然
而，即使是这样，而输出的电压信号一般还需要
继续放大几百倍，因此还需应用主放大电路。其
典型放大电路如图４所示。
该主放大器的放大倍数为Ａ＝１＋Ｒ２／Ｒ３，其中
Ｒ２为反馈电阻。为了后续电路的正常工作，设计
时需要设定合理的Ｒ２和Ｒ１值，以便得到所需幅值
的输出电压。即有
Ｕ
ｏ
＝ＡＵ
ｉ
＝（１＋
Ｒ
２
Ｒ
１
）Ｕ
ｉ
（１）
３．２滤波器设计
为使电路设计简洁并具有良好的信噪比，设
计时还需要用带通滤波器对信号进行处理。为保
证测量的精确性，本设计在前置放大电路之后加
入二阶带通滤波电路，以除去有用信号频带以外
的噪声，包括环境噪声及由前置放大器引入的噪
声。这里采用的有源带通滤波器可选通某一频段
内的信号，而抑制该频段以外的信号。该滤波器
的幅频特性如图５所示。图５中，ｆ１、ｆ２分别为上下
限截止频率，ｆ０为中心频率，其频带宽度为：
Ｂ＝ｆ２－ｆ１＝ｆ０／Ｑ
式中，Ｑ为品质因数，Ｑ值越大，则随着频
率的变化，增益衰减越快。这是因为中心频率一
定时，Ｑ值越大，所通过的频带越窄，滤波器的
选择性好。
有源滤波器是一种含有半导体三极管、集成图３光电二极管工作模型
图４典型放大电路
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运算放大器等有源器件的滤波电路。这种滤波器相对于无源滤波器的特点是体积小、重量轻、价格低、结构牢固、可以集成。由于运算放大器具有输入阻抗高、输出阻抗低、高的开环增益和良好的稳定性，且构成简单而且性能优良。本设计选用了去处放大器来进行设计。
图６所示的二阶带通滤波器是一种二阶压控电压源（ＶＣＶＳ）带通滤波器，其滤波电路采用有源滤波器完成，并由二阶压控电压源（ＶＣＶＳ）低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器串接组成带通滤波器。
对于第一部分，即低通滤波器，系统要求的低通截止频率为ｆｃ，其传递函数为：
Ｈ（Ｓ）＝
ＫＳ２
＋ａＳ＋ｂ
（２）
式中，Ｋ＝Ａ１
Ｒ４Ｒ５Ｃ２
３
；Ａ１＝１＋Ｒ７
Ｒ６；ａ＝
１－Ａ１
Ｒ５Ｃ３＋１Ｒ４Ｃ３＋１Ｒ５Ｃ３
；ｂ＝１Ｒ４Ｒ５Ｃ２３
。第二部分为高通滤波器，系统要求的高通截止频率为ｆｃ，其传递函数如下：
Ｈ（Ｓ）＝ＫＳ
２
Ｓ２＋ａＳ＋ｂ
（３）
式中，Ｋ＝Ａ２＝１＋
Ｒ１１Ｒ１０；Ａ２＝１＋Ｒ１１Ｒ１０
；ａ＝
１－Ａ２
Ｒ９Ｃ４＋２Ｒ８Ｃ４
；ｂ＝１Ｒ８Ｒ９Ｃ２
４
４完整的检测电路设计
本光电检测系统设计的完整电路如图７所示。
为方便表示，电路中的Ｒ２、Ｒ３即为前面等效电路模型中的ＲＴ、ＲＦ。前级部分由光电转换二极管与前级放大器组成，这也是光电检测电路的核心部分，其器件选用高性能低噪声运算放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。然而，虽然前级放大倍数可以设计得很大，但由于反馈电阻会引入热噪声而限制电路的信噪比，因此前级信号不能无限放大。
５结束语
本文研究了光电检测系统的原理和设计方
法。通过从经济和实用的角度对相关的光电转换器件和前置放大器进行了选择和电路设计，从而
确定了关键元器件的参数。实际使用证明：该设计可以满足一般光电检测场合的需要。
参考文献
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［美］赛尔吉欧?佛朗哥．基于运算放大器和模拟集成
电路的电路设计（第３版）［Ｍ］．西安：西安交通大学出版社，２００４．
图７完整光电检测电路
图６
二阶带通滤波器
设计参考
５３
音频小信号功率放大
摘要 本次电路设计课题是音频小信号放大电路，它属于模拟电路课程设计，所以实验中就需要用到大量的模拟电路知识。对于音频小信号放大电路它是由两级放大电路组成，第一部分是运用到了两级负反馈放大电路，旨在放大电压，第二部分OCL功率放大电路采用复合三极管，目的放大电路电流。两部分放大电路的设计根本目的就是为了将小信号放大为一个大信号而不失真。失真这是设计音频放大电路中的一个难点，电路的巧妙设计可以有效的避免失真，电容的运用是解决失真的关键。
目录 1 选题背景 (2) 1．1 指导思想 (2) 1．2 方案论证 (2) 1．3 基本设计任务 (2) 1．4 发挥设计任务 (2) 1．5电路特点 (3) 2 电路设计 (3) 2.1 总体方框图..................................... 错误！未定义书签。 2.2 工作原理 (3) 3 各主要电路及部件工作原理 (3) 3.1 第一级—输入信号放大电路 (4) 3.2 NE5532简要说明................................. 错误！未定义书签。 3.3 第二级—功率放大电路........................... 错误！未定义书签。 3.4 直流信号过滤电路 (6) 4 原理总图 (7) 5 元器件清单 (7) 6 调试过程及测试数据（或者仿真结果） (7) 6.1 仿真检查 (8) 6.1.1第一级仿真检查 (8) 6.1.2第二级仿真检查 (9) 6.2 通前电检查 (10) 6.3 通电检查 (10) 6.3.1第一级电路检查 (10) 6.3.2第二级电路检查 (10) 6.3.3完整电路检查 (10) 6.4 结果分析 (10) 7 小结 (10) 8 设计体会及今后的改进意见 (11) 8.1 体会 (11) 8.2 本方案特点及存在的问题 (11) 8.3 改进意见 (11) 参考文献 (12)
微小信号采集电路的设计与研究
微小信号采集电路的设计与研究 刘文光 牛荣军 陈扬枝 摘要 介绍微小信号采集电路的硬件、软件设计和工作原理,将采集到的微小信号放大后进行A/D转换,并通过串行通信方式传送到上位机,以便对信号进行分析处理。经对所制作微小信号采集电路的试验测试,测试结果显示,采集电路性能满足设计要求。 关键词:微小信号 采集 模数转换 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2005)07—0101—03 D esi gn and study on the c i rcu it for collecti n g ti n y si gna l L i u W enguang,N i u Rongjun,Chen Yangzh i Abstract The design of hard ware and s oft w are of the circuit f or collecting tiny signal and its operating p rinci p le has been intr o2 duced.So as t o analyze and deal with the signal,the collected tiny signal has been ADC after a mp lified,and send it t o the PC thr ough UART.After testing experi m ent on the circuit of collecting tiny signal,the results turn out that the perfor mance of the cir2 cuit f or collecting can reach t o the request of design. Keywords:T i n y si gna l Collecti on ADC 医用人体管道微机器人是当前国际微机械电子技术研究的一个热点,其研究难点在于微机器人的驱动方法及其驱动装置。笔者采用一种新型的轮式驱动方法及其驱动装置设计了管道微机器人的模型样机(如图1所示)。该驱动方法通过弹性啮合与摩擦耦合组合传动的方式使微机器人运动。目前微机器人已经顺利通过直径<20mm的塑料管道的实验,证明了该驱动方法及其驱动装置的原理可行性。因为微机器人采用的是一种新型的轮式驱动方法,该驱动方法最终要使用到医用人体管道微机器人,具体应用到人体肠胃道环境,其性能是否可靠需要进一步的理论与实验研究。同时管道微机器人采用的是直径为<8mm的微直流电动机为驱动源,其输出驱动力十分微小,如此大小的驱动力能否带动管道微机器人在人体肠道这种粘弹性环境中顺利运行,还需要对微机器人的驱动力进行测试与研究。由于管道微机器人驱动力的微小性,给测试与研究带来很大的困难。为了测试管道微机器人驱动力的大小,实验过程中利用悬臂梁式微小力传感器将微小力信号转换成微小电压信号。传感器输出的微小电压信号经过放大并A/D转换后直接送入微机进行计算、存储和显示。基于上述设计要求,本文对微小信号采集电路进行了设计和研究 。 图1 微机器人模型样机 1 采集电路的硬件设计 1.1 电路的组成与工作原理 采集电路主要包括放大电路、A/D转换和单片机三部分,组成框图如图2所示。其工作原理是:管道微机器人的驱动力作用在悬臂梁式微小力传感器上,传感器将微小力信号转换成微小电压信号。微小电信号输入到采集电路后,经过二级放大电路放大到0～5V,以满足A/D转换的需要,放大后的电压信号送入A/D 转换芯片ADS1286。AT89C51单片机根据ADS1286 4)在松开轴向锁定螺钉6时,螺钉不可松开过多,一般应控制在1/4～1/2圈内,以保证O形密封圈始终都处在压偏的密封状态下。 5 结语 可调偏心卡盘已在C620车床和曲柄磨床上使用,解决了695Q型柴油机曲轴等偏心件的生产问题。实践证明,使用效果良好。 参 考 文 献 1 顾维邦.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1991 2 陈万利.机械设备改装[M].北京:机械工业出版社,1997 3 陈永泰.机械制造技术实践.北京:机械工业出版社,2001 4 陆剑中.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社,1999 作者通迅地址:湖南工学院(筹)西校区机械系(衡阳421101) 收稿日期:20050104 交叉学科:机械工程/生物医学?艺术造型
设计一个射频小信号放大器[1]要点
射 频 课 程 设 技 论 文 院系：电气信息工程学院 班级：电信2班 姓名：贾珂 学号：541101030211
1射频小信号放大器概述 射频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，所谓小信号,一是信号幅度足够小,使得所有有源器件(晶体三极管,场效应管或IC)都可采用二端口Y参数或线性等效电路来模型化;二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系.从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;. 小信号谐振放大器除具有放大功能外,还具有选频功能,即具有从众多信号中选择出有用信号,滤除无用的干扰信号的能力.从这个意义上讲,高频小信号谐振放大电路又可视为集放大,选频一体,由有源放大元件和无源选频网络所组成的高频电子电路.主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器. 其中射频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。2电路的基本原理 图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级单调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻R b1、R b2及Re决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
微弱信号的检测方案设计
微弱信号的检测方案设计 一、原理分析 针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。下面就针对这几种方法做一简要说明。 方案一：滤波法。 在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。 方案二：取样积分器 取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。 其系统原理图如图2-1所示。 Vo(t) Vr(t)
一个取样积分器的核心组件式是取样门和积分器，通常采用取样脉冲控制RC 积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形做同步积累，并将累积的结果保持到下一次取样。 取样积分器通常有定点式和扫描式两种工作模式。定点式是测量周期信号的某一瞬态平均值，经过m 次取样平均后，其幅值信噪比改善为ni si n s V V m V V ；扫描式取样积分器利用取样脉冲在信号波形上延时取样，可用于恢复与记录被测信号的波形，由于其采样过程受到门脉冲宽度的限制，只有在门宽范围内才能被取样。 方案三：锁相放大器 锁相放大器也称为锁定放大器（Lock-In-Amplifier,LIA ）。它主要作为一个极窄的带通滤波器的作用，而非一般的滤波器。它的原理是基于信号与噪声之间相关特性之间的差异。锁相放大器即是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪，利用参考信号与被测信号的互相关特性，提取出与参考信号同相位和同频率的被测信号。锁定放大器可在比被测信号强100dB 的噪声干扰中检测出有用信号。其原理框图如图2-3。 锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全 放大器 带通滤波 鉴相器 低通滤波器 移相器 本地振荡器 Vs(t)+Vn(t V o
换能器前置放大电路设计
项目支持：北京市科技攻关项目，农业节水灌溉监测与控制设备研制与开发（D0706007040191）国家“十一五”科技支撑计划农产品流通过程信息化关键技术与系统研发（2006BAD10A04） 国家“十一五”科技支撑计划灌区地下水开发利用关键技术（2006BAD11B05） 微弱信号检测的前置放大电路设计 张石锐1，2，郑文刚2*，黄丹枫1，赵春江2 （1.上海交通大学农业与生物学院上海市 200240 2.国家农业信息化工程技术研究中心北京市 100097） 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求，论文设计了以电流电压转换器，仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离，提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路，并利用微弱低频信号进行了测试，得到了理想的效果。 关键字：精准农业、微弱信号检测、仪表放大器、前置放大电路 中图分类号：TN721.5 文献标识码：A The design of preamplifier circuit based on weak signal detection ZHANG Shi-rui1，2，ZHENG Wen-gang2，HUANG Dan-feng1，ZHAO Chun-jiang2 (1. School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China 2. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing, 100097, China) Abstract：Combined with the demand of the detection of weak signal in precision agriculture, the article introduced the circuit principle of deigning preamplifier circuit whit I/V Conversion level, instrumentation amplifier level and low-pass filter level. At the same time the article discussed the circuit's noise suppression and isolation according to the characteristics of the weak signal, and gave the method of choosing elements and noise reduction. Finally, gave the design of the weak signal detection pre-amplifier using the program-controlled integrated instrumentation amplifier PGA202. Key words: precision agriculture ，weak signal detection, instrumentation amplifier, preamplifier 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。
三极管10倍放大电路实验报告
三极管放大电路实验报告 一、实验目的: 掌握三极管的工作模式，三极管输入输出特性曲线，静态工作点，以及常用的放大电路分析，估算（计算/图解） 二、准备工具材料： 工具材料：面包板，面包线，电阻若干，三极管NPN C1815 PNP A1015 ,电容若干 仪器仪表：万用表，双踪显示示波器，函数信号发生器，开关稳压电源 三、电路功能要求： ①．电源为12V单电源 ②．输入信号正弦波1KHz 峰值：50mV ③．电压放大倍数Au=10; ④．波形不失真，误差+-10%，不考虑频率响应范围 四、电路设计（NPN共发射极分压偏置放大电路）： 根据资料：三极管C1815 参数: 硅管，b值为200----400 UCE=0.7 设计：计算静态工作点：IB，IC，UCE Q点应工作在输出特性曲线的中央 根据三极管输出特性曲线图，要使Q点在中央，数值IB在50—150uA范围 数值UCE在6—8V范围；设Ub点电位为电源电压一半，即：UB=1/2VCC，IC=IE在b(50—150uA)mA范围，这里取IB为50uA，b为300，电压放大倍数为10，电路不带负载 计算过程：理论值 UE=UB--UBE=5.3V; IE=IC=IB*b； IE=IC=50uA*b=15mA RE=UE/IE=5.3V/0.015A=353R; UB=(Rb1/Rb1+Rb2)*VCC=5; Rb1= Rb2=50K Au=10=-b(RL’/rBE) rBE=300+(1+b)*(26/IE)=821R RL’=RC//RL RC=(rBE/b)*Au=27.4R； UCE=VCC-IC(RC+RE)=6.294V 五、实验过程： 按照设计好的电路，在面包板上实验，输入正弦1KHz信号，峰值50mA 用示波器观察输入波形；给放大电路接上电源，用示波器观察输出波形，两路信号相比较，发现放大倍数没有10倍，理论值跟实际值有差别，调节电阻RC使得放大倍数为10倍，且不失真的情况下RC=50R 时，电压放大倍数刚好10倍， 温度变化时，对放大电路的影响比较小，说明分压偏置放大是可靠的 测试频率响应范围，在不失真，放大倍数不改变的情况下为500Hz-------500KHz
高频小信号放大电路课程设计
通信基本电路课程设计报告设计题目：高频小信号放大电路 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 教师评分
目录 一、设计任务与要求 (2) 二、总体方案 (2) 三、设计内容 (2) 3.1电路工作原理 (3) 3.1.1 电路原理图 (3) 3.1.2 高频小信号放大电路分析 (3) 3.2 主要技术指标 (6) 3.3仿真结果与分析 (10) 四、总结及体会 (12) 五、主要参考文献 (13)
一、设计任务与要求 1、主要内容 根据高频电子线路课程所学内容，设计一个高频小信号谐振放大器。通过在电路设计中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。 2、基本要求 设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为： (1) 谐振频率04MHz f =； (2) 谐振电压放大倍数04060dB v dB A ≤≤； (3) 通频带300Hz BW K =。 二、总体方案 小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。其主要特点是晶体管的输入输出回路（即负载）不是纯电阻，而是由L 、C 元件组成的并联谐振回路。 小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分：有单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。按晶体管连接方法区分：有共基极、共发射极和共集电极放大器。 高频小信号谐振放大器的作用、电路组成、及工作原理，与低频小信号放大电路是基本一致的。不同的是：一是在高频小信号谐振放大器中，所放大信号的频率远比低频放大电路信号频率高；二是高频小信号谐振放大器的频宽是窄带（要求只放大某一中心频率的载波信号）。因此，首先在电路组成上应将低频放大电路中的低频三极管换成具有更高功率晶体管和LC 并联谐振回路。 三、设计内容 1.电路工作原理
通信电子电路课程设计小信号放大器
通信电子线路课程设计-- 高频小信号谐振放大器 学校： 姓名: 学号: 班级: 指导老师:
目录 一、刖言 (3) 二、电路基本原理................................................. .3 三、主要性能指标及测量方法....................................... .5 1谐振频率 (7) 2、电压增益 (7) 3、通频带 (8) 4、矩形系数 (9) 四、设计方案 (10) 1设置静态工作点 (10) 2、计算谐振回路参数 (10) 3、电路图、仿真图和PCB图 (11) 五、电路装调与测试.......................................... ??13 六、心得体会................................................. ??14 七、参考文献............................................... ???15
一、前言高频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现问题是自激震荡，同时频率选择和各级建阻抗匹配也恶化你难实现。 Protel DXP 软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Protel DXP 软件已不是单纯的PCB 设计工具，而是一个系统，它覆盖了以PCB 为核心的全部物理设计。使用Protel、等计算机软件对产品进行辅助 设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。 通过《通信电子线路》的学习，使用Protel DXP 软件设计了一个高频小信号放大器。 二、电路的基本原理高频小信号放大器的功用就是五失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。
信号放大滤波电路设计
中北大学 课程设计说明书 学生姓名:罗再兵学号： 0906044151 学院: 电子与计算机科学技术学院 专业: 电子科学与技术 题目: 信号放大滤波电路设计 指导教师：孟令军职称: 副教授 2011 年 12 月 30日
目录 1、设计任务 (2) 2、设计目的 (2) 3、设计方案 (2) 4、参考电路设计与分析 (3) 4.1、同相比例放大器 (3) 4.2、二阶压控电压源低通滤波器 (3) 4.3、二阶压控电压源高通滤波器 (4) 5、信号放大滤波电路 (5) 5.1信号放大滤波电路设计 (5) 5.2信号放大滤波电路仿真 (6) 5.3信号放大滤波电路性能评估 (8) 5.4信号放大滤波电路PCB板图 (8) 6、设计仪器设备 (9) 7、设计心得 (9)
一. 设计任务 1、查阅熟悉相关芯片资料； 2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总放大倍数为12； 3、并通过高通、低通滤波电路滤波； 4、利用PROTEL 绘制电路原理图和印刷板图，并利用multisim 软件仿真。 二. 设计目的 1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程。 2、学习使用PROTEL 软件绘制电路原理图和印刷版图。 3、掌握应用multisim 对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的 正确性。 三．设计方案 由设计题目和设计要求可知，设计此电路需要用到集成运算放大器和高 低通滤波电路，首先信号放大12倍，我们选用同相比例放大器放大，该电路结构简单，性能良好；滤波电路部分我们选用典型的二阶压控电压源低通滤波器和二 阶压控电压源高通滤波器，该电路具有电路元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。设计框架图如下： 信号输入 信号输出 图1 信号放大滤波电路设计方案 图1为信号放大滤波电路设计方案。在这一方案中，系统主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。 由于要求实现信号的3级放大，总放大倍数为12，信号经过同相比例放大器 后放大12倍，再经过二阶压控电压源低通滤波器（在通频带内增益等于1）过滤掉高频信号而留下所需频率信号，然后再经二阶高通滤波器（在通频带内增益等于1）后就可以得到我们所需频段的信号。 同相比例放大器 二阶压控电压源低通滤波器 二阶压控电压源高通滤波器
微弱信号检测的前置放大电路设计
微弱信号检测的前置放大电路设计 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求,论文设计了以电流电压转换器,仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离,提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路,并利用微弱低频信号进行了测试,得到了理想的效果。 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。 考虑到传感器产生的信号非常微弱，很容易受到噪声的污染，所以放大电路选择仪表放大器结构。仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。另外为了使输出电压在高频段以更快的速度下降，提高低通滤波器滤除噪声的能力，这里选择了二阶低通滤波器。微弱信号检测前置放大电路原理图如图2。生物传感器产生的生物信号通常具有很大的动态范围，达到几个数量级，原理图中R2 为可变电阻，通过改变R2 的阻值，可以改变仪表放大器的放大倍数，从而适应放大不同大小的微弱信号。
增益自动切换的放大电路设计
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：电子线路实践 第二次实验 实验名称：增益自动切换电压放大电路的设计院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室: 实验组别： 同组人员：实验时间： 评定成绩：审阅教师：
实验二增益自动切换电压放大电路的设计 一、实验内容及要求 设计一个电压放大电路，能够根据输入信号幅值自动切换调整增益。设输入信号频率为0～20KHz，其幅值范围为0.1～10V（峰峰值Upp）。电路应实现的功能与技术指标如下：1.基本要求 当输入为直流信号时，要求设计的电路达到以下要求： U<0.5V时，电路的增益约为10倍。 (1)当i U<3V时，电路的增益约为1倍。 (2)当0.5高频小信号放大器的设计
高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日
目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19)
一、选题的意义 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。
二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线
小信号多级放大电路设计-模电课程设计报告
机械与电气工程学院 《模拟电子技术》课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
课题名称：小信号多级放大电路设计 一、设计目的 1．通过本课程设计，掌握晶体管放大电路工作原理。 2．熟悉简单模拟电路的设计方法和主要流程。 3．学习模拟电路的制作与调试方法。 二、设计要求 1．输入电压：Vi p-p =30mV。 2．输入电阻:10k～40k。 3．频率特性:100HZ～100kHZ。 4．总谐波失真度（THD）≦3%。 5．供电电压：15V。 6.电压增益：100倍。 7．全部用分立元器件组成，不得使用集成运算放大器等集成电路。核心部分必须包含两级共射放大电路，耦合方式自选，在确保指标的前提下可自行添加其他电路。 8. 所有元器件必须为标准件，且平均每级电路中包含的电位器个数不得超过1个（其中指标为增益可调的电路，每个电路的电位器总个数可增加1个）,最多不超过3个。 三、方案设计 1．负反馈的类型 在输出端，取样方式分为电压取样（电压反馈）和电流取样（电流反馈），在输入端，比较方式分为串联比较（串联反馈）和并联比较（并联反馈）。因此负反馈放大电路有四种类型：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。 2．负反馈对放大电路性能的影响 （1）引入负反馈使增益下降 闭环增益表达式为 =A/(1+AF) A f 其中D=1+AF为反馈深度。深度负反馈D>>1条件下
A f ≈1/F (2)负反馈提高增益的稳定性易得: d A f / A f =d A/(1+AF)*A=d A/D*A 上式表明，反馈越深，闭环增益的稳定性越好。（3）负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈使R i 增加，并联负反馈使R i 下降。程度取决于反馈深度： R if =（1+AF）R i （串联负反馈） R if = R i /（1+AF）（并联负反馈） 电压负反馈使R o 下降，电流负反馈使R o 增加。程度上取决于反馈深度： R of =（1+AF）R o （电流负反馈） R of =R o /(1+AF) (电压负反馈) （4）负反馈展宽频带 基本放大电路高、低频响应均只有一个极点时，闭环上、下限截止频率为： f Hf =(1+AF)f H f Lf =f L /(1+AF) 3.方案确定 输入电阻：10k～40k，分析可知电路具有输入电阻较大的特点，则电路第一级要引入共集电路提高输入电阻。输出电阻：<1k，不是太小，则输出级不需要引入共集电路。电压增益：100倍，且题目要求必须要有两级共射电路，则电路分为两级共射放大。频率特性:100HZ～100kHZ，每一级的电容耦合，本来用10uF,但是通频带在仿真的时候下限只能达到290HZ，上限能达到4.5MHZ。所以用47uF电容耦合，能展宽通频带。 四、电路设计 设计电路图如图1所示
高频小信号谐振放大电路(打印版)
长春工程学院 高频电子线路课程设计（论文）题目：高频小信号放大电路设计 学院：电子与信息工程学院 专业班级：电子0942班 学号：20号、31号、9号、26号 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2011.9.22~2011.10.20 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
内容摘要 高频小信号谐振放大电路 摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。 关键词： 1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。 2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数） 3.通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。 4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。 工作计划： 1.确定电路形式。 2.设置静态工作点。 3.计算谐振回路的参数。 4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。
content of marketing plan Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods, resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective (usually rectangular coefficient Kr0.1). Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency. 2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain (magnification) 3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW. 4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio. Work plan: 1 to determine the circuit form. 2 set the quiescent operating point. 3 calculate the resonant circuit parameters. 4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor. 设计任务说明
调谐小信号放大器分析设计方案与仿真
实验室 时间段 座位号 实验报告 实验课程 实验名称 班级 姓名 学号 指导老师
小信号调谐放大器预习报告 一．实验目的 1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统； 2.掌握单调谐和双调谐放大器的基本工作原理； 3.掌握测量放大器幅频特性的方法； 4.熟悉放大器集电极负载对单调谐和双调谐放大器幅频特性的影响； 5.了解放大器动态范围的概念和测量方法。 二．实验内容 调谐放大器的频率特性如图所示。 图1-1 调谐放大器的频率特性 调谐放大器主要由放大器和调谐回路两部分组成。因此，调谐放大器不仅有放大作用，而且还有选频作用。本章讨论的小信号调谐放大器，一般工作在甲类状态，多用在接收机中做高频和中频放大，对它的主要指标要求是：有足够的增益，满足通频带和选择性要求，工作稳定等。 二．单调谐放大器 共发射极单调谐放大器原理电路如图1-2所示。 放大倍数f o f 1f K 0.7o K o K 2o f ?通频带f ?2o f ?2o f ?
图1-2 图中晶体管T 起放大信号的作用，R B1、R B2、R E 为直流偏置电阻，用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。C E 是R E 的旁路电容，C B 、C C 是输入、输出耦合电容，L 、C 是谐振回路作为放大器的集电极负载起选频作用，它采用抽头接入法，以减轻晶体管输出电阻对谐振回路Q 值的影响，R C 是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q 值、带宽。 三．双调谐回路放大器 图中，R B1、R B2、R E 为直流偏置电阻，用以保证晶体管工作于放大区域，且放大器工作于甲类状态，E C 为E R 的旁通电容，B C 和C C 为输入、输出耦合电容。图中两个谐振回路：11L C 、组成了初级回路，22L C 、组成了次级回路。两者之间并无互感耦合（必要时，可分别对12L L 、加以屏蔽），而是由电容3C 进行耦合，故称为电容耦合。 本次实验需做内容
低频小信号放大器电路设计毕业论文
摘要 低频小信号放大器电路设计 摘要 实用性低频小信号放大器电路设计，它主要用于使用前置放大器的低频小信号的电压经过集成块LM358的放大使其增益二十几倍，达到信号放大的作用，本文介绍了其基本原理，内容，与低频放大微弱信号放大能力的技术路线，设计电路图方案等。 本系统是基于(IC)LM358设计而成的一种低频小信号放大器，整个电路主要由稳压电源，前置放大电路，波形变换电路3部分。电源主要是为前置放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是由ML358一级放大电路和ML358二级放大电路组成，第一级可以将电压放大5倍，第二级可以放大1-5倍，总增益20-25倍，接通电源后，信号发生器产生信号，示波器用于变换的波形显示。通过波形的数据变化，计算出增益效果，是否满足设计需求。 该设计的电路结构简单，实用，充分利用了集成功放的优良性能。实验结果表明，前置放大器的带宽，失真，效率等方面具有较好的指标，具有较高的实用性，为小信号放大器的设计是一个广泛的思考。 关键词：低频小信号，电压放大，前置放大级电路，集成块LM358
Abstract Design of low frequencysmall signal amplifier Abstract： The utility of low frequency small signal amplifier circuit design, it is mainly used for voltage low frequency small signal using a pre amplifier after amplification integrated block LM358 has gain 20 times, achieve signal amplification effect, this paper introduces the basic principle, content, and low frequency amplification technology route of weak signal amplification ability, circuit design scheme. The system is based on (IC) a low frequency small signal amplifier LM358 designed, the whole circuit is mainly composed of a regulated power supply, preamplifier circuit, a waveform transform circuit 3 parts. The power supply is mainly to provide a stable DC power for the preamplifier. The preamplifier is mainly composed of ML358 amplifier and ML358 two stage amplifier circuit, the first stage of the voltage can be magnified 5 times, second can be magnified 1-5 times, 20-25 times of the total gain, power, signal generator generates a signal, oscilloscope is used to transform the waveform display. By the waveform data changes, calculated the gain effect, whether meet the design requirements. The design of the circuit structure is simple, practical, make full use of the excellent performance of the integrated amplifier. The experimental results show that, the pre amplifier bandwidth, distortion, has better efficiency indicators, and has higher practicability, designed for small signal amplifier is a broad thinking. Keywords:Lowfrequency smalsignal,voltage amplification,preamplifiercircuit，Integrated block LM358